林兆生（雷佳音 饰）
在草莓世界中，老林一个人抚养女儿长大。由于早年间被冤枉学术不端被开除学籍，后来成为一名普通的会计。26年来，他一直坚持一个方向的研究，可始终没有结果。在林朝夕小的时候，他曾想过让女儿继承自己的数学事业，但很快又认识到自己这个想法的自私，打消了这个念头。后来患上了阿尔兹海默症，数学生涯被迫终结。
芝士世界的老林年轻时是一个玩世不恭的“摇滚青年”，随性洒脱。同样一直坚持数学研究，憋着一股劲儿要证明自己。直到遇到第一次穿越的林朝夕，确认她是自己的女儿后，他开始向草莓世界的老林转变，学着做一个合格的父亲，变得温暖而有责任感。
邱月（倪妮 饰）
她是林朝夕的母亲，一生勇敢、要强，做事果断，坚持自己的想法，主动追随林兆生来到三味大学，并与其确认关系。她和林兆生的恋情遭到母亲冯教授的反对，但她依然坚持往返两个城市，毕业后来到林兆生所在的城市工作，孕晚期才回到娘家休养。在听说林兆生因为论文和冯教授相似而被开除后，邱月赶去找林兆生，在车上羊水早破，最后难产而死。
裴之（张新成 饰）
裴之是一个高智商且思维缜密的年轻人，他把事情看得很通透，却一直在牺牲和追求自我满足之间抉择。由于经历不同，草莓世界和芝士世界的裴之身上产生了很大的差异。
草莓世界的裴之上初中时，父亲老裴车祸去世，从此母亲罗静对他严加管控，裴之渐渐变得沉默寡言。直到开始和老林学习数学，认识了林朝夕，才有了可以说话的朋友，因此他很珍惜与林家父女的感情。在德国留学时他被查出患有遗传性精神疾病，他通过拳击治愈了自己。回国后成为了一名拳击教练，后来是林朝夕带他重回数学之路。为了再次见到父亲，改变他的命运，裴之来到了芝士世界。
由于林朝夕的时空穿梭而带来的改变，老裴躲过了死亡，因此芝士世界的裴之在健康阳光的家庭环境下长大，没有精神疾病的困扰，成为了一个敢于追求自我，热情向上的数学家，并获得了惊人的成就。
纪江（王宥钧 饰）
孤儿出身，原名党爱民，小名花卷。性格乐观、热情、随性。他在草莓世界中被纪教授夫妇收养，改名纪江。是林朝夕的中学校友。从高中起就是学校的篮球明星，迷妹无数。长大后成为真正的流量明星。因被狗仔尾随而追尾林朝夕的车，二人结识。后与林朝夕一起穿越到芝士世界，建立起革命情谊。
在芝士世界中，纪江在阴差阳错中错过了纪教授的收养。后来在林朝夕的建议下，被林兆生一起收养，和林朝夕成为姐弟，改名林爱民。在经历了选秀失败后考上艺术院校，最终走红。
裴东来（耿乐 饰）
裴之的父亲，为人豪爽，爱好拳击。他在草莓世界中是一名交警，是裴之后来所在的明海拳馆老板于明海父亲的朋友。当年豪气万丈，一双铁拳横扫长江以南，原本计划一路北上打到哈尔滨，结果刚进东北就遇上了罗静，顺其自然娶妻生子。在裴之上初中时，在一次和罗静的争吵中摩托车头盔被摔裂，导致裴东来在一次执勤抓小偷时，摩托车倒地，裂开的头盔没能保护好头部，重伤抢救无效去世。而芝士世界中的裴东来，被草莓世界穿越而来的林朝夕无意间救下，在车祸中逃过一劫。
林朝夕（张子枫 饰）
林朝夕成长于一个单亲家庭，父亲林兆生是一个教育方式开明的会计及民间数学工作者。她对数学有着浓厚的兴趣，但由于经历了几次挫折，她认识到自己天资不足，开始心存畏惧。生活中的她患得患失，只做把握大的事、最稳妥的选择，哪怕这样的生活违背了她的本心。
在两次时空穿梭的过程中，林朝夕迸发出超越自己想像的力量，在芝士世界克服重重困难，找回了自己的勇气，认清了自己对数学、对父亲、对裴之的感情，她决定改变自己，放弃为自己规划的稳妥人生，勇敢承担家庭责任，追求自己所爱的数学和裴之。
张叔平（王骁 饰）
林兆生的同学，也是他的对立面。在草莓世界的学生时代，张叔平与林兆生同时暗恋林朝夕的妈妈邱月。但是邱月选择了林兆生，张叔平意难平，邱月成为了他的心结，所以对林兆生一直怀有芥蒂。后来张叔平自己开了一家考研辅导机构，担任校长；芝士世界中，张叔平是数学大神，也是张叔平奥数辅导班的老师，后来是实验中学的校长。他惜才爱才，崇尚天赋论，欣赏裴之这样的天才。
罗静（刘琳 饰）
裴之的母亲，是一个性格直爽，开朗的家庭主妇。看起来凶狠，内心却敏感脆弱。草莓世界中，裴东来出事后罗静变得很偏激。在她小时候，父亲为了学术去德国，后来患上精神病。儿子裴之也有精神病遗传基因，并且发过病。因此罗静为了不让裴之接触数学，不惜以死相逼。C42
